ÉBULLITION

pression ordinaire l'eau ne peut sVcliaull'er dans un vase ouvert au-dessus de 100". On expliciue ainsi qu’on puisse placer sur un foyer, même très-ardent, sans craindre de les fondre, des vases de fer-blanc, d’étain , ou de tout antre métal focilement fusible, pourvu qu’ils contiennent de l’eau. Celle-ci, en elTel, ne peut pas alleindre une lempéralure sui)érieure à 100", et l’équilibre s’établit entre elle et le mêlai, qui est loujoni-s bon conducteur de la clialeur.

3“ Pendant qu’un liquide bout, la force élastique de la vapeur qu’il émet est égale à la pression extérieure.

Celle iniporlante proposition se démontre expérimentalement de la manière suivante :

On prend un tube recourbé A, ouvert à l’une de ses extrémités

et fermé h l’autre. Du mercui-e remplit la petite branche, à l’exception d’un petit espace <|ui est occupé par de l’eau ; dans la fcrande branche il s’élève un peu au-dessus de la courbure. D’autre part, on fait bouillir de l’eau dans un vase, et pendant que l'ébullition a lieu, on plonge dans la vapeur le tube recourbé. On voit alors l’eau <iui occupe l’espace supérieur se réduire en vapeur, le mercure descendre, et bienidl le niveau devient le même dans les deux branches. Donc la pression que ratmosplière exerce ;'i l'extrémité ouverte du tube est exactement équilibrée par la pression égale de la vapeur formée par l'eau, laquelle est à la température de son ébullition.

Pour que l’expéi'ience réussisse, il fmit que la (|uantité d'eau qui se trouve dans le tube soit un peu plus grande que. celle qui est nécessaire A la saturation de l'espace correspondant à l’égalité des

Fig. Wk “ Toiision d« ia vapnur an d«A IVImllition.

THÉOKIE DE L’ÉHL'LLITION. 33:t

nivcau.v. Sans cela cet espace ne serait point sature et la tension se trouverait inférieure à la tension niaxiina propre à la température (le rébullition.

256. Théorie de l'ébullition. — La circonstance qui vient d’être mentionnée donne la vraie délinilion physique de l’ébullilion. Un liquide est en ibuUilion lorsqu’il émet de la vapeur ayant la même tension que celle de l’atmosphère qui est au-dessus de lui. ün peut à priori se rendre compte de la rigoureuse e.vactitudc de celte proposition. Considérons, en effet, un liquide contenu dans un vase (tig. 2lt7); quelle que soit la température, et |)ar conséquent la tension de la vapeur qui tend à se former, l’évaporation se produii'a toujours à la surface; car les gaz, ainsi que cela a été expliqué (chap. xiv), se pénètrent toujours mutuellement et d’une manière intime. La pression extérieure ne poui-rait tout au plus iiue ralentir celte diffusion, qui est d’ailleurs inévitable. .Mais il en est tout aulreinent dans rinlérieur du liquide. Là une bulle de vapeur m ne saurait se former qn’aulanl que sa force élastique est capable de surmonter, et la i>ression almospbérique qui se transmet dans l’état actuel par l'interinédiaire du li(iuide lui-même, cl le poids de la colonne li<iuide qui s’élève au-dessus d’elle. Si la lempéralure a atteint le degré nécessaire pour qu’il en soit ainsi, la bulle se forme et s’élève en vertu de sa légèreté .spécilique. .Mais à mesure qu’elle se rai)procbe de la surface, la hauteur du liquide au-de.ssns d’elle diminue, elle se trouve donc moins pressée et sa force élastique se modifie de manière à êlro toujours en équilibre avec les forces qui agissent sur elle-, si bien que lors- (ju’clle arrive à la surface, sa pression est exactement égale à celle de l’almosiihère.

La température d’ébullition est donc nécessairement déterminée, puis(]ue c'est celle qui correspond à une tension de vapeur égale à celle de l'almosplière. Il convient de remarquer toutefois que celte température varie dans les diverses couches du liijuide, cl (|ii’elle est d'autant plus considérable qu’il s’agit de couches plus profondes. Aussi, dans la délcrininalion du second point fixe du lhermoinètre, u^ons-nons dit qu’il faut plonger l’instruinenl dans

Fig. 2t7.

fcUL’LLITION.

lii vapeiii’ct non dans le li<ini(lc. 11 l'andrail oiu'ier d nne manière analogue pour délenninor avec qnehpie précision la lempérature (l'ébullilion d’un licpiide. üi'dinaircinenl les cliiinisles procèdent plus simplenienl, ils se contenlenl de chanITer le li(inide dans une cornue tuhulée, par la tubulure de la<iuelle passe un tberinomètre plongeant dans les parties supérieures du liquide, ün conroit dès loi-s tpie, suivant le plus ou moins d’immei'sion de rinstrument, on obtienne une température plus ou moins élevée.

257. Influence de la pression sur la température du point d’ébullition. — Il lésulle évidemment de ce qui précède que la température d’ébullition d’un liquide doit varier avec la pression qui s’e.\ercc sur la surface. L’eau, par e.\einple, bout à 100“ sous la pression e.xtérieure de 760 millimètres; mais si la pression devient plus faible, rébullilion pourra se produire à une température plus basse. Sous le récipient de la maebine j)ncumatiquc on peut faire bouillira une températuie quelconque. Dans l’e-xpérience de M. Carré (2tiS) on voit l’eau de la carafe entrer en pleine ébullition quebpies instants avant l'apparition de la glace. Le mol d’eau bouillaute ne coi respond donc dans notre esprit à une sensation déterminée de chaleur (jue parce qu’on n’a l’occasion d'observer le pbénomène iju’à des pressions ([iii dilfèrcnt loujoui-s forti)eu de la pression moyenne de 760 millimètres.

Ainsi, à Paris, les pressions e.vtérieuies varient entre les limites e.xtrémes de 720 à 700 millimètres, et la température d’ébullition, ])nr conséquent, de 08",5 à 101”, 1. Celte dilbuence de 3“ environ ne joue qu’un rôle insigniliant dans les applications, mais elle est très considérable à beaucoup d’égards et on doit on tenir soigneusement compte. Ainsi, par c.vemple, dans la détermination du point 100 du tberinomètre, supposons «pie la pression e.vtéricurc soit «le 730,5. En consultant les tables de la tension ma.vima de la vapeur d’eau on trouve que cette tension cori-espond à la température de98",'J; le point où s’arrête le mercure, reiirésente donc, non la température de 100’, mais bien celle de 98",9. Pour trouver le point où doit être inscrite la lempérature 100“ (pii doit toujoui-s être en évidence dans l’écbelle, on mesure la longueur l (|ui sépare du zéro le point «léti’rminé evpérimentale-

i: Xl’fi lUUNCE DE ERANKLIN.

ment, et en désigiuint jKir x celle qui correspond à IflO", on a

... , , , X ina 100

evideininenl la relation -r = , d on x — l — .

I 98,0 'JS.â

258. Expérience de Franklin. — On met en évidence l’ébullition de l'eau à une température inférieure à 100“ par l’expérience suivante ;

ün fait bouillir de l'eau dans un ballon pendantassez longtemps, pour que l’air soit expulsé au moins en très-grande partie; on retire le ballon du feu, on le bouche, et, afin de rendre la fermeture plus hermétique, et empêcher l’introduction de l’air, on le renverse dans un vase contenant lui-même de l’eau bouillie.

L’ébullition s’arrête au lK)ut de peu d’instants par suite du refroidissement du liquide. Si aloi’s on vei'se de l’eau froide sur le ballon, mieux encore si on applique sur .sa surface de la glace, l’ébullilion recommence et peut se prolonger pendant un temps assez long. Ce fait s’expliijue aisi'-ment : le contact de l’eau froide ou de la glace diminue la température de la vapeur qui presse la surface liquide, sa force élastique diminue également et d’une façon très-notable, comme nous le verrons plus loin, et c’est grêce à cette diminution «le piession que l’ébullition recommence.

259. Appareil de Derosne et Cail. — Ou utilise souvent dans les raffineries de sucre le principe de cette expérience, pour évaporer les sirops à une température plus basse que celle qui serait nécessaire en opérant à l’air libre, ün a de cette façon l’avantage de ménager le combustible; mais ce n’est pas le seul. Lorsqu’on cbaulTe les sirops, il y a loujoui-s une portion du sucre qui, par l’action de la chaleur, perd sa propriété de cristalliser, et reste, par

Fig. 218. — Expérience de Franklin.

Éuri.uriON.

coiiscquenl, comme résidu dans les mihissei. Or ou a observé ([ue plus la lempéralure est élevée, plus est considérable la i(uanlité de sucre qui subit celte fitcheusc trausl'ormation.

L’appareil employé est dit à MM. Derosiic et Cail. 11 se compose

Kig. 240. — Appareil de Dcrosiic el Cail,

d’une chaudière A renfermant le sirop à évaporer. La vapeur produite est amenée par le tuyau 11 dans un immense serpentin en cuivre, sur lequel coule du sirop froid, que l’on amène du réservoir supérieur 1). Ce sirop en coulant sur le serpentin abaisse la température de la vapeur, ce qui facilite l’ébullition; mais d’ailleurs il s’écliauiïe lui-mème el arrive ainsi en partie concentré dans le léservoir K, d’où il sera nllérieurement amené dans la ebaudière par le tuyau F.

L’extrémité k du serpentin peut être mise en communication avec une pompe pneumatique (jui enlève à la fois l’air et la vapeur, et maintient ainsi, aussi basque possible, la température d’ébullition. \ujourd bui, grAce aux progrès de la construction des machines pneumatiques, on peut les melire en mjiport direct avec la chaudière, et supprimer ainsi la portion de l'appareil qui forme le serpenlin.

260. Hypsométre. — De même que la connaissance de la pression exlérieurc permet d'assigner exaclement la lempéralure

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HVPSOMÈTKE.

d’t'bullilion de l'eau, idciproquenient, si l’on connall la lenipéralure d’ébullition de l’eau on pourra en déduire la pression extérieure, car ce n’est autre chose que la pression maxiina correspondant à celle lenipéralure. Si, par exemple, on reconnaît que l’eau bout à 99“, on cherche dans les tables la tension inaxinia de la vapeur d’eau correspondante à 99“ ; on trouve 733'"'",2; c’est précisément la pression extérieure.

Le baromètre étant au fond un instrument peu transportable, Wollaston avait proposé de remplacer l’observation du baromètre par celle de l’ébullilion de l’eau.

11 employait pour cet objet un thermomètre à gros réservoir, et dont le mercure ne s’étendait sur la lige que pour les températures voisines de 100“, telles qu’on pouvait les observer en faisant bouillir de l’eau à diverses altitudes. Cet instrument avait reçu de son auteur le nom de thermomètre barométrique.

M. Régnault a fait construire, sous le nom d’hijpsomttre, un petit appareil analogue. 11 se compose d’une petite chaudière pjg. .>io. — iiypsomèire. contenant de l’eau chauffée par une lampe

à alcool, et surmontée d’un Inbe à tirages par la partie supérieur duquel s’échappe la vapeur. Un thermomètre plongé dans la vapeur, et dont l’extrémité sort à peine de la partie supérieure du tube, donne la température de l’ébullition. De cette température on déduit la pression extérieure, et de là, à l’aide de la formule de Laplace, l’altitude du lieu dans lequel se fait l’expérience.

Quand on veut se contenter de résultats approchés, on peut admettre que l’altitude est sensiblement proportionnelle à la différence qui existe entre la température d’ébullition et 100". Ou se sert alors delà formule indiquée par ,M. Sorel :

/|=Î95"> (too»— «)

.\insi, par exemple, à Quito l’eau bout à 90“,1, l’altitude serait

PIIVS. DE8CIIANEL. 22

EBULLITION.

donc 9,9 X 295 = î’-iaO”, nombre tn;s-ap|)roclid de la vêrilable alliliide ('sale à 2908 inôlrcs.

A Madrid, h la pression moyenne, la lempéi-aliire d'ébnililion esl de 97",8, ce (jiii donne pour l’alliUide 2,2 x 295 = 6/|9"’; l'allilude réelle est de 610 mèires.

261. Marmite de Papin. — 8i la diminiilion de la pression abaisse la température du point d'ébullition, inversement, lorsque la pression s'élève, la température d’ébulliliou s'élève aussi. On peut donc, en faisant communiquer la chaudière avec un réservoir contenant de l'air h plusieuis atmosphères de pression, élever la température de l’ébullition jusqu’à 110, 115 ou 120°, résultat fort utile dans quelques opérations industrielles. Mais pour que l'ébullition puisse, à proprement parler, se produire, il faut que

l’espace situé au-dessus du liquide soit assez considérable, et ne soit pas d’ailleuis soumis à la température de la chaudière. S'il en était autrement, si, par e.xcmple, on chauffait de l’eau dans un vase hermétiquement fermé, la vapeur, s’accumulant au-dessus du liquide, accroîtrait indéflnimenl la piession, et par suite le point d’ébullition serait indéfiniment retardé, en d’autres termes, l’ébullition n’aurait pas lieu. C’est ce qui arrive dans l’appareil dont l’invention est due au célèbre Papin et qui porte le nom de vKirmiie de Popin. C’est un vase de bronze à parois très-résistantes, dont la partie supérieure est fermée par un couvercle fortement pressé à 1 aide d'une, vis. La température de l’eau placée dans cet appareil s élève indéflniment, si l’on entretient un foyer au-dessous du vase. On peut ainsi e.véculer des opérations qui n’eussent point

Fig. ‘251. — Marmitn cln Papin.

MA mil T K DE l’AIMN’.

été possibles avec de l’eau à 100”, par exemple, dissoudre la gélatine contenue dans les os. C’est en vue d’applications de ce genre <|ue Papin avait construit son appareil, aiKpiel il avait donné le nom de cli<iesicur.

Il faut remarquer qu’à mesure que la tempéralure s’élève, la force élasticpie de la vapeur croit très-rapidement et peut ac- (luérir une puissance énorme. Ainsi, à 200’, la pression est déjà de IC) atmosphères, c’est-à-dire de 1600 kilogrammes par décimètre carré environ. Sous l’action de telles forces, des vases, même très-résistants, peuvent éclater et donner lieu aux plus redoutables accidents. Pour prévenir ce résultat, Papin imagina un organe qui est devenu usuel dans les chaudières à vapeur : c’est la soupape de sûreté. Elle est formée d’une ouverture pratiquée dans le couvercle de la marmite; cette ouverture se ferme par un levier que l’on charge à l’aide d’un poids. Supposons que l’ouverture ait 1 centimètre carré de surface et que l’on ne veuille pas dépasser la pression de 10 atmosphères, qui correspond à la température de 180". On disposera de la grandeur du poids et de sa position pour que la pression exercée sur l’ouverture .soit de 10 kilogrammes. Si la force élastique de la vapeur .surpasse 10 almosphères, le levier sera soulevé, la vapeur s’échappera et tout danger d’explosion sera ivrévenu.

Loi-s(iue la force élastique de la vapeur (pic contient la marmite est deveiuK’ très-considérable, et qu’on lui donne issue en soulevant le levier, elle s’échappe bruyamment en produisant un nuage dans l’atmosphère. Si l’on |>longe la main dans ce nuage, on éprouve à peine une .sensation de chaleur, tandis (jue si l’on faisait la même expérience avec de la vapeur sortant d’un vase contenant de l’eau bouillante sous la pression ordinaire, la main serait inévitablement brûlée. Ce résultat, singulier en apparence, est parfaitement d’accord avec les principes d(’jà indiqués plusieurs fois. La vapeur formée à 100“ sous la pression extérieure conserve naturellement à l’air et sa pression et sa température, (jui est capable de désorganiser nos tissus. Au contraire, la vapeur <pii se trouve dans la marmite de Papin a une pression très-supérieure à celle de l’atmosphère, et par suite elle se dilate forlemenl à sa

fiBULLlTION.

sortie en refoulant l’air extérieur. Cette action mécanique est accompagnée de la disparition d’une notable quantité de chaleur, et par suite la température du jet se trouve considérahleuient abaissée.

C’est par un phénomène du même genre qu’on peut, en dirigeant sur ta main l’air expiré des poumons, produire à volonté une sensation de chaleur ou de froid. Si la bouche est largement ouverte, l’air mêlé de vapeur (pii sort possède la température du poumon, (pii est d’environ 37". Mais si on ferme la bouche en (lomprimanl la masse gazeuse, celle-ci se dilate à sa sortie, sa température s’abaisse et elle produit une sensation de froid.

262. Température d’ébullition des dissolutions salines. — Lorsiiue l’eau tient en dissolution des matières salines, la température d’ébullition s’élève et d’autant plus ipie la proportion du sel est plus considérable. Ainsi, avec du sel marin, on peut graduellement élever la température de l’eau bouillante de 100 h 108".

Lorsque la dissolution n’est pas saturée, le point d’ébullition n’est pas constant, il s’élève graduellement h mesure <pic le li(juide se concentre; mais il arrive un moment où le sel commence ù se déposer, et la température devient alors invariable : c’est elle qu’il faut prendre pour la températimi d’ébullition de la .solution .saturée. Cela est d’autant plus important (pi’il se i>roduit quebpiefois un phénomène analogue à la sursaturation ; la température s’élève graduellement sans que le solide se dépose, puis, à un certain moment, ce dépôt commence à se produire brusquement et l’on voit le thermomètre descendre de plusieurs degrés.

11 est très-important de remarquer que quelle que .soit la température de la di.s.solution, celle de la vapeur ne dépend (pie de la pression extérieure et reste la même (pie dans le cas de l’eau pure. Ce résultat est facile à concevoir à priori, car la vapeur qui se dégage étant de la vapeur d’eau pure et se trouvant évidemment en équilibre de pression avec ralniosph(>re au moment où elle se dégage, doit néces.sairement avoir la température correspondante à cette pression. Toutefois, tant que la vapeur n’a pas (piitté le liquide, il est difficile de comprendre qu’elle ne soit pas eu équilibre do tcmpéiature avec lui; il est donc probable qu’au moment où elle quitte la surface, elle éprouve un refroidissement brusque.